Дифракционная модель лазерного спекл-интерферометра микросмещений объектов с рассеивающей поверхностью
Автор: Гризбил Богдан Анатольевич, Максимова Людмила Александровна, Рябухо Владимир Петрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.44, 2020 года.
Бесплатный доступ
На основе дифракционных преобразований оптического волнового поля разработана математическая модель формирования спекл-модулированных интерференционных картин и сигналов на выходе спекл-интерферометра, позволяющая выявить их свойства и количественные параметры. Рассматривается спекл-интерферометр по схеме Майкельсона, где вместо зеркал в опорном и предметном плечах используются объекты с рассеивающими поверхностями. Обсуждаются результаты численного моделирования спекл-модулированных интерференционных картин с использованием дифракционных преобразований волновых полей в интерферометре. Рассматриваются смоделированные картины, получаемые на выходе интерферометра при фокусировке лазерных пучков на рассеивающие поверхности контролируемого и опорного объектов. Представлены экспериментальные результаты использования спекл-интерферометра с цифровым матричным фотодетектором для измерения температурных микросмещений объекта с рассеивающей поверхностью и количественное сравнение экспериментальных данных с результатами, получаемыми в численном эксперименте с помощью дифракционной модели спекл-интерферометра.
Интерференция, дифракция, спекл-интерферометрия, лазерный интерферометр, интерферометр майкельсона, интерференционная картина, спекл-модуляция, компьютерное моделирование, математическая модель
Короткий адрес: https://sciup.org/140250024
IDR: 140250024 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-702
Diffraction model of a laser speckle interferometer for measuring micro-displacements of objects with scattering surface
On the basis of diffraction transformations of an optical wave field a mathematical model for the formation of speckle modulated interference patterns and signals at the output of a speckle interferometer is developed, which allows us to identify their properties and quantitative parameters. Speckle interferometers based on a Michelson arrangement are considered, where objects with scattering surfaces are used instead of mirrors in the reference and object arms. Results of numerical simulation of speckle modulated interference patterns on the basis of diffraction transformations of wave fields in an interferometer are discussed. Simulated images obtained at the output of the interferometer when focusing laser beams on the scattering surfaces of the controlled and reference objects are considered. Experimental results of using a speckle interferometer with a digital matrix photodetector for measuring the temperature micro-displacements of an object with a scattering surface and a quantitative comparison of experimental data with the results obtained by a numerical experiment using a diffraction model of a speckle interferometer are presented.
Список литературы Дифракционная модель лазерного спекл-интерферометра микросмещений объектов с рассеивающей поверхностью
- Goodman, J.W. Speckle phenomena in optics: Theory and applications / J.W. Goodman. - Bellingham, Washington: SPIE, 2020. - 468 p.
- Джоунс, Р. Голографическая и спекл-интерферометрия / Р. Джоунс, К. Уайкс; пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 328 с.
- Гудмен, Дж. Статистическая оптика / Дж. Гудмен; пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 528 с.
- Аранчук, В.М. Отношение сигнал/шум в лазерном доплеровском спекл-интерферометре с опорным пучком / В.М. Аранчук // Оптический журнал. - 1994. - № 10. - С. 31-34.
- Ul'yanov, S.S. Speckle interferometry for biotissue vibration measurement / S.S. Ul'yanov, V.P. Ryabukho, V.V. Tuchin // Optical Engineering. - 1994. - Vol. 33, Issue 3. - P. 908-914. - DOI: 10.1117/12.157694
- Бадалян, Н.П. Лазерная дистанционная спекл-интерферометрия. Модель формирования спекл-структуры / Н.П. Бадалян, В.В. Кийко, В.И. Кислов, А.Б. Козлов // Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38, Issue 5. - С. 477-481.
- Горбатенко, Б.Б. Оптические схемы и статистические характеристики сигнала спекл-интерферометров перемещений / Б.Б. Горбатенко, Д.В. Лякин, О.А. Перепелицына, В.П. Рябухо // Компьютерная оптика. - 2009. - Т. 33, № 3. - С. 268-280.
- Ryabukho, V.P. Interference of laser speckle fields / V.P. Ryabukho, I.S. Klimenko, L.I. Golubentseva // Proceedings of SPIE. - 1994. - Vol. 2340. - P. 513-522. -
- DOI: 10.1117/12.195955
- Meijer, F. Determination of the phase in the center of a circular two-beam interference pattern to determine the displacement of a rough surface / F. Meijer, D. Kucharski, E. Stachowska // Optical Engineering. - 2018. - Vol. 57, Issue 10. - 104101 (8 p.). -
- DOI: 10.1117/1.OE.57.10.104101
- Georges, M.P. Digital holographic interferometry and speckle interferometry applied on objects with heterogeneous reflecting properties / M.P. Georges, C. Thizy, F. Languy, Y. Zhao, J.-F. Vandenrijt // Applied Optics. - 2019. - Vol. 58, Issue 34. - P. G318-G325. -
- DOI: 10.1364/AO.58.00G318
- Etchepareborda, P. Comparative analysis of nanometric inspection methods in fringeless speckle pattern interferometry / P. Etchepareborda, A.L. Vadnjal, A. Bianchetti, F.E. Veiras, A. Federico, G.H. Kaufmann // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 3. - P. 365-374. -
- DOI: 10.1364/AO.56.000365
- Tendela, L.P. A novel approach for measuring nanometric displacements by correlating speckle interferograms / L.P. Tendela, G.E. Galizzi // Optics and Lasers in Engineering. - 2018. - Vol. 110. - P. 149-154. -
- DOI: 10.1016/j.optlaseng.2018.05.023
- Born, M. Principles of optics: Electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light / M. Born, E. Wolf. - 7th ed. - Cambridge: Cambridge University Press, 2002. - 994 p.
- Goodman, J.W. Introduction to Fourier optics / J.W. Goodman. - 3rd ed. - Roberts & Company Publishers, 2005. - 528 p.
- Айфичер, Э. Цифровая обработка сигналов: практический подход. / Э. Айфичер, Б. Джервис; пер. с англ. - 2-e изд. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2004. - 992 с.
- Быков, В.П. Лазерные резонаторы / В.П. Быков, О.О. Силичев. - М.: Физматлит, 2004. - 320 с.
- Levy, U. Mathematics of vectorial Gaussian beams. / U. Levy, Y. Silberberg, N. Davidson // Advances in Optics and Photonics. - 2019. - Vol. 11, Issue 4. - P. 828-890. -
- DOI: 10.1364/AOP.11.000828
- Журавлев, С.Д. Применение лазерной интерферометрии для измерения тепловых уходов междуэлектродных зазоров в КСУ мощной импульсной ЛБВ и их влияние на макропараметры электронного пучка / С.Д. Журавлев, Р.Ю. Богачев, В.И. Роговин, А.И. Петросян, В.И. Шестеркин, Б.А. Гризбил, В.П. Рябухо, А.А. Захаров // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника. - 2018. - № 4(539). - С. 45-51.
- Островский, Ю.И. Голографическая интерферометрия / Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская. - М.: Наука, 1977. - 336 с.
- Hsieh, H.-L. Heterodyne speckle interferometry for measurement of two-dimensional displacement / H.-L. Hsieh, P.-C. Kuo // Optics Express. - 2020. - Vol. 28, Issue 1. - P. 724-736. -
- DOI: 10.1364/OE.382494
